Краткая теория. Электролиз – это совокупность процессов, происходящих при прохождении постоянного электрического тока через электрохимическую систему

Вопросами электролиза занимаются один из разделов курса " Физическая химия", который получил название " Электрохимия "

Электролиз – это совокупность процессов, происходящих при прохождении постоянного электрического тока через электрохимическую систему, состоящую из двух электродов - катода и анода, и расплава или раствора электролита.

В любом растворе имеются положительно и отрицательно заряженные ионы – катионы (+) и анионы (-). Если в такое раствор поместить два электрода, то катионы станут перемещаться к катоду, а анионы к аноду. Например: при электролизе ZnCI₂

К(-): Zn²⁺ -2ē ÞZn° (1.1)

А(+): 2Сl^- - 2ēÞСl° (1.2)

При электролизе химическая реакции происходит за счет тока подводимого извне и за счет этого протекания через электролит. Путем электролиза можно получить ряд чистых металлов (Zn, Сu, Fе и т.д.) Электролит – это один из наиболее эффективных методов защиты от коррозии металлов.

Коррозия – это самопроизвольный процесс разрушения металлов за счет взаимодействия его с окружающей средой.

Основные виды коррозии – электрохимическая и химическая.

Широко применяемый метод борьбы с коррозией – это нанесение гальванических покрытий, который осуществляется электролизом водных раствором солей, с растворим анодом.

Металлические покрытия, в зависимости от механизма защитного действия, разделяют на анодные и катодные. В качестве анодных покрытий используют металлы с более электроотрицательным электродным потенциалом, чем потенциал защищаемого металла, а в катодных с более положительным значением потенциала. Так для Fе анодным покрытием может служить Zn, т.е. будут проходить такие реакции:

A (+): Zn⁰-2ē=Zn²⁺ (1.3)

К(-): 2Н⁺+2ē=Н₂⁰ (1.4)

В кислой среде Fe является катодом и служит лишь переносчиком электронов, на нем происходит выделение водорода. Для того, чтобы определять какое покрытие в среде электролита будет катодным, а какое анодным, необходимо знать ряд напряжений металлов и свойства этого ряда.

Li, К, Ва, Са, Na, Mg, Al, Мn, Zn, Fe, Co, Ni, Sn, Pb, [H], Bi, Cu, Hg, Ag, Au.

Свойства ряда напряжений металлов:

1. Чем левее в ряду напряжений стоит металл, тем он активнее.

2. Каждый металл вытесняет все последующие за ним металлы из растворов их солей (справедливо после Mg).

3. Металлы, которые расположены в ряду напряжений до водорода, вытесняют его из кислот неокислителей.

4. Металлы, которые стоят в ряду напряжений после водорода [ H₂], не растворяются в кислотах -неокислителях, потому что не могут вытеснить водород.

Этот ряд справедлив только для водных растворов. Катодными покрытиями для Fе могут быть Cu, Ni, Sn. В этом случае при нарушении покрытий происходит разрушение основного металла. При определении выхода металла по току руководствуются двумя законами, устанавливающими соотношение между количеством полученных на электродах продуктов и количеством протекшего через электролит электрического тока. Основным законом электролиза является закон Фарадея (1.5), согласно которому количество вещества, претерпевшего превращение на электроде, пропорционально количеству протекшего электричества и эквивалентной массе данного вещества:

M = , (1.5)

где M – количество выделившеюся вещества на электроде, г;

Q – количество электричества, протекшего по электроду, A · с;

Q= I · t

F – число Фарадея; F =96496 Кл;

Поскольку Q = 1А· 1 с = 1 Кл, a Q = 1А · 1 ч.= 3600 Кл, то F =96493/3600=26.8 A· ч

Тогда формула (1.5) может быть представлена так:

М = , (1.6)

где Э – эквивалентная масса металла, равная отношению атомарного веса металла к валентности, г.

Э=А/n

Практически металл выделяется на электроде меньше, чем по формуле (1.6), так как на осаждение металла расходуется лишь часть протекшего электричества, остальная его часть расходуется на побочные электрохимические процессы (например выделение Н₂)

Выраженное в процентах отношение весового количества металла, выделившегося на электроде, к его теоретически возможному весовому количеству m, в соответствии с законом Фарадея, называется методным или анодным выходом металла по току h:

h=m_p/m ·100% (1.7)

Заменив в уравнении (1.6) m через отношение, выраженное уравнением (1.7) получим:

h=m_p ·26.8 /(I·t·Э)· 100% (1.8)